Цементированный карбид с показателем ударной вязкости для применения в нефтяной и газовой промышленности

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам на основе карбида вольфрама, обладающим сопротивлением к синергическим действиям эрозии и коррозии при температуре между -50°С и 300°С, предпочтительно при 0-100°С. Может использоваться для изготовления деталей для регулирования давления и потока продуктов, добываемых из скважин. Твердый сплав содержит, мас.%: (Co+Ni) 8-12; Cr 1-2; Mo 0,1-0,3; WC - остальное, при весовом соотношении Co/Ni - 0,25-4,0. По существу все зерна WC имеют размер менее 1 мкм, а содержание магнитного кобальта составляет 80-90% от химически обусловленного содержания. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Настоящее изобретение относится к новому использованию сорта цементированного карбида со специальными свойствами в нефтяной и газовой промышленности. Кроме того, изобретение относится к применению коррозионно-эрозионностойкого сорта карбида, имеющего повышенную ударную вязкость, в дроссельных клапанах, предназначенных для регулирования потока множества текучих сред (газа, жидкости и частиц песка).

Цементированный карбид, используемый для коррозионной стойкости в требующемся применении деталей для регулирования потока в секторе нефти и газа, подвергается действию сложной системы, включающей комбинации обслуживания и окружающей среды. Кроме того, цены повреждений «большого пространства» или непредсказуемости срока службы являются крайне высокими.

Благоприятная возможность сохранения или замены такого оборудования в большом пространстве, в особенности на глубоководных участках в открытом море, ограничивается погодными условиями. Поэтому важно, чтобы часть подводной системы образовывали надежные и управляемые детали.

В патенте США № 6086650 раскрыто использование эрозионностойкого сорта карбида с субмикронным размером зерна WC, предназначенного для суровых условий среды со множеством потоков, в которой указанные компоненты испытывают большие потери массы за счет подвержения эрозии твердыми частицами, кислотной коррозии, эрозионно-коррозионного синергизма и кавитации. Однако сорта карбидов в соответствии с указанным патентом оказались не в состоянии удовлетворить противоречивым требованиям к твердости (износу) и ударной вязкости, в особенности, когда отличительные особенности формы детали требуют повышенных уровней ударной вязкости.

Соответственно задача настоящего изобретения предусматривает цементированный карбид с высоким сопротивлением эрозии частицами в коррозионной среде и более высокой ударной вязкостью по сравнению с материалами предшествующего уровня.

Указанная задача достигается использованием специального оптимизированного многосплавного связующего, спеченного с карбидом вольфрама WC, имеющим субмикронный размер зерна и низкое содержание углерода.

Цементированный карбид с превосходными свойствами для нефтяной и газовой промышленности, обладающий сопротивлением к синергическим действиям эрозии и коррозии при температурах между - 50 и 100°С, предпочтительно 0-100°С, и ударной вязкостью в соответствии с изобретением, имеет следующий состав в мас.%: 8-12 Co+Ni при массовом отношении Co/Ni 0,25-4, 1-2 Cr и 0,1-0,3 Мо. По существу все зерна WC имеют размер <1 мкм.

Твердость цементированного карбида в соответствии с изобретением должна быть >1500 HV30 (ISO 3878), ударная вязкость (Kic)>11 МН/м1,5 и прочность на поперечное растяжение (TRS) в соответствии с ISO 3327>3200 Н/мм2.

В одном предпочтительном варианте цементированный карбид имеет состав в мас.%: 3-4, предпочтительно 3-5 Со, 6-8, предпочтительно 7 Ni, 1-1,5, предпочтительно 1,3 Cr и 0,2 Мо, остальное WC со средним размером зерна 0,8 мкм.

В другом предпочтительном варианте состав является следующим в мас.%: 6-7, предпочтительно 6,6 Со, 2-3, предпочтительно 2,2 Ni, 1,0 Cr и 0,2 Мо. Остальное представляет WC со средним размером зерна 0,8 мкм.

Содержание углерода в спеченном цементированном карбиде должно поддерживаться в узком диапазоне для удержания высокого сопротивления коррозии и износу, а также высокой вязкости. Содержание углерода в спеченной структуре поддерживают в небольшом участке диапазона между свободным углеродом в микроструктуре (верхний предел) и зарождением эта-фазы (нижний предел). Значения магнитного насыщения магнитной фазы связующего в спеченном цементированном карбиде выражено в виде % от максимально ожидаемого для магнитной фазы связующего с содержанием в карбиде чистого кобальта. Для спеченного материала в соответствии с изобретением указанное значение должно лежать в диапазоне между 80 и 90% от химически определенного содержания. В спеченной структуре эта-фазы быть не должно.

В данном изобретении для производства цементированного карбида используются традиционные методы порошковой металлургии, включающие измельчение, прессование, формование и спекание. Настоящее изобретение относится также к применению цементированного карбида, в особенности к указанному выше применению в деталях дроссельных клапанов, используемых в нефтяной и газовой промышленности, где детали подвергаются высоким давлениям множества коррозионных текучих сред, в особенности в деталях, основная функция которых состоит в регулировании давления и потока продуктов, добываемых из скважин.

Пример 1

Сорта цементированного карбида со следующими составами в мас.% получали в соответствии с известными способами и с использованием порошка WC с размером зерна 0,8 мкм.

А. WC, 3,5 Со, 7,0 Ni, 1,3 Cr, 0,2 Mo

В. WC, 6,6 Со, 2,2 Ni, 1,0 Cr и 0,2 Mo

С. WC и 6 Со

D. WC и 6 Ni

E. WC и 12 Co

F. WC и 12 Ni

G. US 6086650

Пример 1

Материалы имели следующие свойства.

СортСодержание магнитного кобальта, мас.%Средний размер зерна, мкмТвердость HV30Ударная вязкость KicMH/мм1,5TRS Н/мм2
А, изобретение2,70,81550123300
В, изобретение5,70,8165011,24600
С5,10,81700102600
D00,8170092500
Е10,80,81400123100
F01,5140011,53000
G3,00,819009,12300

Пример 2

Сорта A-G испытывали при следующих моделированных условиях испытаний:

Искусственная морская вода

Песок 18 м/с

CO2 1 бар

Температура 54°С

Были получены следующие результаты.

СортКоррозия (потери материала в мм/год)Эрозия (потери материала в мм/год)Синергическое действие (потери материала в мм/год)В целом (потери материала в мм/год)
А, изобретение0,010,050,050,11
В, изобретение0,020,070,060,15
С0,020,090,350,46
D0,0150,2650,170,45
Е0,020,320,180,5
F0,0150,250,100,4
G0,0150,060,0250,10

Пример 3

Сорта цементированного карбида испытывали также при условиях испытаний с контуром потока, содержащего морскую воду и песок, и имеющего скорость 90 м/с, и при двух углах соударения 30 и 90 градусов по отношению к поверхности испытуемого образца.

Были получены следующие результаты.

СортСкорость эрозии (мм3/кг песка)Скорость эрозии (мм3/кг песка)
Угол30 градусов90 градусов
А, изобретение0,470,32
В, изобретение0,560,38
С1,81,4
D2,01,5
Е1,41,2
F1,50,3
G0,0250,15

1. Спеченный твердый сплав на основе карбида вольфрама, содержащий кобальт, никель, хром, молибден и обладающий сопротивлением к синергическим действия эрозии и коррозии при температуре между -50 и 300°С, предпочтительно при 0-100°С, отличающийся тем, что он содержит следующие компоненты, мас.%:

(Co+Ni)8-12
Cr1-2
Мо0,1-0,3
WCостальное

при массовом соотношении Co/Ni, равном 0,25-4,0, при этом, по существу, все зерна WC имеют размер менее 1 мкм, а содержание магнитного кобальта составляет 80-90% от химически определенного содержания.

2. Спеченный твердый сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит следующие компоненты, мас.%:

Со3-4
Ni6-8
Cr1-1,5
Мо0,1
WCостальное

3. Спеченный твердый сплав по п.2, отличающийся тем, что он содержит 3,5 мас.% Со, 7 мас.% Ni и 1,3 мас.% Cr.

4. Спеченный твердый сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит 6-7 мас.% Со и 2-3 мас.% Ni.

5. Спеченный твердый сплав по п.4, отличающийся тем, что он содержит 6,6 мас.% Со и 2,2 мас.% Ni.

6. Применение спеченного твердого сплава по любому из пп.1-5 в нефтяной и газовой промышленности, в частности, для изготовления деталей для регулирования давления и потока продуктов, добываемых из скважин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и может быть использовано для подъема жидкости из скважин с использованием энергии газа. .

Изобретение относится к области бурения. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к внутрискважинному оборудованию, и может использоваться при добыче нефти, промывке и освоении скважин, ликвидации гидратопарафиновых образований.

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых из скважин на нескольких горизонтах, а более конкретно, к системе регулирования дебита скважины, содержащей трубчатые элементы, расположенные один в другом с образованием концентрических каналов для направления потоков флюидов из разных интервалов, и устройству для извлечения флюидов из такой скважины, а также к способу управления извлечением флюидов из нескольких интервалов скважины.

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и может быть применено для перепуска затрубного газа в колонну насосно-компрессорных труб. .

Изобретение относится к системе и способу заканчивания скважины с несколькими зонами добычи. .

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано в качестве защитного клапана на газовых и нефтяных промыслах, сборных пунктах ПХГ и на ГРС.

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию для систем поддержания пластового давления и входит в устьевую арматуру нагнетательных скважин. .

Изобретение относится к многопластовому заканчиванию скважины. .

Изобретение относится к распределительным устройствам и может быть использовано в системах отбора жидкой и газообразной сред из скважин, в частности нефти или газа.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам на основе карбида вольфрама. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству твердых сплавов, и может использоваться для получения износостойких твердосплавных изделий из отходов твердых сплавов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам, и может использоваться для изготовления инструмента, такого как резцы, сверла, фрезы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе карбида вольфрама для электрических контактов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе карбида вольфрама для электрических контактов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам со специальными свойствами для применения в нефтяной и газовой промышленности.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к инструментам для разрушения минеральных и искусственных материалов, и может быть использовано в рабочих органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых и образовании выработок в грунте, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог, аэродромов и других промышленных объектов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в виде различного типа резцов, сверл, фрез, метчиков, бурового инструмента, фильер и т. .
Изобретение относится к обрабатывающей промышленности и преимущественно может использоваться при изготовлении алмазного правящего инструмента. .

Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно могут использоваться для получения электроконтактных материалов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей нефтяного и газового оборудования
Наверх